含氰糖苷類作物脫毒技術(shù)及其檢測方法的研究進(jìn)展

劉義軍，魏曉奕，王 飛，李積華

（中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣東湛江524001）

目前已報(bào)道氰糖苷類化合物存在于許多人們?nèi)粘Ｊ秤煤退幱玫淖魑镏?，如木薯[1]、亞麻籽[2]、苦竹筍[3]、紫胡紅景天[4]、橡膠種子[5]、山茱萸[6]、天山花楸[7]等，然而其攝入人體內(nèi)后，會對人的身體健康造成嚴(yán)重的傷害，氰糖苷本身不具備毒性，其代謝產(chǎn)物氫氰酸被吸收后，隨著血液循環(huán)進(jìn)入組織細(xì)胞，透過細(xì)胞壁進(jìn)入線粒體，與線粒體中細(xì)胞色素酶的鐵離子結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞的呼吸鏈中斷，造成組織缺氧，機(jī)體陷入窒息狀態(tài)；且氫氰酸具有較強(qiáng)的慢性毒性和神經(jīng)性毒性，引起呼吸中樞及血管運(yùn)動中樞麻痹，嚴(yán)重導(dǎo)致死亡[8]。在非洲和南美地區(qū)由于食用了含氰糖苷類作物引起了一些疾病如熱帶神經(jīng)性共濟(jì)失調(diào)癥（TAN）、熱帶性弱視等[9]。由于這些毒副作用，嚴(yán)重降低了其可食性，因此人們在食用前必需對其進(jìn)行脫毒。本文主要對氰糖苷類作物的脫毒技術(shù)和毒性物質(zhì)檢測技術(shù)進(jìn)行了比較全面的綜述。

1 含氰苷類作物脫毒技術(shù)

1.1 濕法脫毒技術(shù)

濕法脫毒有水煮法脫毒和水浸法脫毒兩種，其主要原理是氰糖苷類化合物溶于水后，在酶或者稀酸的作用下水解成氫氰酸和醛（酮）類化合物。氫氰酸的沸點(diǎn)比較低，一般為25.7～26.5℃（常壓下），加熱易于揮發(fā)，因此一般先通過水浸法使得氰糖苷類物質(zhì)水解，然后再加熱處理，已達(dá)到脫毒的目的。李笑春[10]考察了不同水浸時(shí)間對新鮮木薯脫毒率的影響，經(jīng)過3d的浸水新鮮木薯脫毒率為43.15%，其脫毒時(shí)間較長，脫毒效率低。張郁松[11]考察了不同水煮溫度，料液比和浸提時(shí)間對亞麻籽中氰糖苷脫毒效果的影響，在料液比為1∶10，80℃水煮120min條件下，亞麻籽中氰糖苷的去除率為88.12%。Cumbana[12]對木薯粉增濕，以0.5cm的薄層平鋪在托盤上，30℃下處理5h，氰糖苷的去除率為83.3%，其對于大量的木薯粉脫毒，由于其較長的脫毒時(shí)間，空間利用率較低。Bradbury[13]將木薯葉置于料液比為1∶10的水溶液中，50℃處理2h，總氰糖苷的去除率為93%。Banea[1]采用濕法技術(shù)對木薯粉進(jìn)行脫毒，木薯粉中的氰糖苷物質(zhì)含量降低到10ppm以下，符合食用要求。濕法脫毒技術(shù)的工藝較為簡單，投資成本小，但是其需要較長的時(shí)間，而且產(chǎn)生了大量的廢水，對環(huán)境有較大的污染。

1.2 干法脫毒技術(shù)

干法脫毒技術(shù)是指將新鮮含氰糖苷類作物的細(xì)胞組織被破壞后，同時(shí)置于太陽下晾曬幾個(gè)小時(shí)或者在烘箱內(nèi)在一定的溫度下保持幾個(gè)小時(shí)，借以酶的輔助作用，以達(dá)到脫除氰糖苷的目的。其主要原理是新鮮含氰糖苷類作物在日光的照射下，溫度升高，酶的活性增強(qiáng)，HCN沸點(diǎn)低，易揮發(fā)不易積累，促進(jìn)含氰糖苷的分解。Essers[14]考察了木薯塊根在太陽晾曬后對氰糖苷去除率的影響，研究結(jié)果表明脫皮的木薯塊根在烘干過程中，經(jīng)過1～2d的陽光照射，明顯降低木薯塊根中的氰糖苷含量，陽光照射時(shí)，溫度較低，木薯塊根內(nèi)部水的蒸發(fā)速率較慢，酶的作用時(shí)間延長。Bradbury[15-16]采用快速濕法對木薯粉中氰糖苷進(jìn)行脫毒，研究結(jié)果表明日光照射2h的脫毒效果比在樹蔭下五小時(shí)更好。Essers和Bradbury都是利用陽光的增溫作用來提高木薯粉中氰糖苷的去除率，其對氣候的依賴性較強(qiáng)，適用于那些陽光充足的地區(qū)進(jìn)行脫毒。李笑春[9]考察了不同烘干時(shí)間對木薯中氰糖苷含量的影響，研究結(jié)果表明，烘干法有助于降低木薯中的氰糖苷含量，新鮮木薯置于75℃下烘烤8h，木薯中含氰糖苷的去除率為62%。

1.3 微波脫毒技術(shù)

微波脫毒技術(shù)是利用微波選擇性吸收，升溫較快的特點(diǎn)，使得含氰苷類作物中的水分迅速升溫，從而激活作物內(nèi)糖苷酶的活性，使氰糖苷迅速轉(zhuǎn)化為氰醇，氰醇不穩(wěn)定分解為氫氰酸和醛（酮）類化合物，氫氰酸隨著水蒸汽一同從作物內(nèi)部逃逸出來。另外微波加熱是從里往外加熱，這樣使得含氰苷類作物的表面不易形成堅(jiān)硬的外殼，促進(jìn)氫氰酸的釋放。馮定遠(yuǎn)[17]考察了微波對亞麻籽中氰糖苷去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)微波處理過的亞麻籽生氰苷的去除率為83.2%，同時(shí)楊宏志[18]、湯華成[19]考察了微波加熱方法對亞麻籽進(jìn)行脫毒效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，微波對亞麻籽中氰糖苷有較好的去除率分別為82%和95.57%。微波脫毒技術(shù)升溫快，作用時(shí)間短，脫毒效率高，但是脫毒過程中溫度不易控制，而且容易出現(xiàn)局部升溫過快現(xiàn)象，導(dǎo)致酶解過程不均勻。金鑫[20]考察了微波對亞麻籽粉脫毒過程中對功效成分亞麻木酚素穩(wěn)定性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微波處理亞麻籽粉后其中亞麻木酚素的影響不大，因此微波脫毒過程中，對作物中某些功效成分的保留效果較佳。

1.4 溶劑提取脫毒技術(shù)

溶劑提取脫毒技術(shù)是利用氰糖苷溶于極性溶劑的特點(diǎn)，去除含氰糖苷作物中的氰糖苷。楊宏志[18]、湯華成[19]考察了氨水-正己烷-甲醇溶劑體系對亞麻籽粉中的氰糖苷去除率的影響，經(jīng)過三次提取后亞麻籽粉中的氰糖苷脫除率達(dá)到了89%。李高陽[21]采用實(shí)驗(yàn)室串級模擬四級逆流萃取工藝，亞麻粕中氰苷殘余量小于0.7mg/kg的效果。王慧敏[22]對正己烷-乙醇-水三元雙液溶劑體系提取橡膠籽油中氰苷工藝進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的溶劑系統(tǒng)橡膠籽油中氰苷脫除率達(dá)到了91.11%。與濕法和干法相比，溶劑提取法脫毒效率更高，但是有機(jī)溶劑不易回收，有溶劑殘留量問題，成本較高，對環(huán)境污染較大的特點(diǎn)等，應(yīng)該選擇無毒性、沸點(diǎn)較低的有機(jī)溶劑來提取氰糖苷，利于氰糖苷的去除和回收。

1.5 擠壓膨化脫毒技術(shù)

擠壓膨化脫毒技術(shù)是利用擠出機(jī)內(nèi)高溫、高壓、短時(shí)強(qiáng)烈擠壓、剪切處理和熱處理作用，破壞氰糖苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)受到破壞或者與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，氰糖苷失去毒性，從而起到脫毒的作用。李次力[23]利用Brabender DSE-25雙螺桿擠壓機(jī)對亞麻籽糟粕進(jìn)行了擠壓去除氰糖苷的實(shí)驗(yàn)，并對實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，在最佳的工藝條件下，亞麻籽糟粕中的總氰化物脫除率為96.59%，氰糖苷的含量有257.85ppm降低至8.79ppm，達(dá)到可食用國際標(biāo)準(zhǔn)。宋春芳[24]采用SLG67-18.5雙螺桿擠壓機(jī)優(yōu)化亞麻籽脫毒效果進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明在膨化溫度147 ～153℃，亞麻籽含水率13.8% ～17.6%，螺桿轉(zhuǎn)速為186 ～211r/min時(shí)，亞麻籽中氰糖苷的去除率為95%，為亞麻籽脫毒和開發(fā)利用及現(xiàn)有的擠壓膨化機(jī)的操作提供了理論依據(jù)。上述實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，擠壓膨化脫毒技術(shù)脫毒效率高而且時(shí)間短，但是其由于升溫很快，酶失火速度也較快，其采用硝酸銀滴定法測定其殘留氰糖苷含量，由于硝酸鹽滴定法需要借助作物自身的酶，高溫使得酶系大量失火，致使硝酸鹽測定氫氰酸含量偏低，氰糖苷去除較高，因此建議采用其他方法進(jìn)行對比分析。

1.6 生物法脫毒技術(shù)

生物法脫毒技術(shù)分為酶法脫毒技術(shù)和轉(zhuǎn)基因脫毒技術(shù)。酶法脫毒技術(shù)的原理是借助添加糖苷酶或者發(fā)酵微生物胞外酶或者利用細(xì)胞內(nèi)自身糖苷酶的作用將氰糖苷降解為氫氰酸和醛類或者酮類一系列反應(yīng)過程。轉(zhuǎn)基因脫毒技術(shù)是將作物內(nèi)的氰糖苷表達(dá)基因進(jìn)行剔除或者植入高表達(dá)產(chǎn)酶基因進(jìn)行脫毒處理。Sornyotha[25]用木聚糖酶和纖維素酶處理木薯后，其氰糖苷（亞麻仁苦苷）含量降低到較低的水平，亞麻仁苦苷的去除率96%，輔助添加酶處理技術(shù)很大程度上提高了亞麻仁苦苷的去除率，處理時(shí)間短，較為理想的一種方法。范明霞[26]采用基因表達(dá)技術(shù)成功構(gòu)建了HNL24b基因表達(dá)載體等，使得該基因能在植株中表達(dá)，有效減少植株中的氰化物含量。吳酬飛[27]利用基因工程技術(shù)成功構(gòu)建出畢赤酵母分泌表達(dá)載體pPIC9K-Ch和pPIC9K-Glu，通過載體與基因組DNA同源重組，首次成功構(gòu)建可同時(shí)體外分泌表達(dá)氰化物水合酶和人β-葡萄糖苷酶的畢赤酵母工程菌株GS115-Ch-Glu。此菌株進(jìn)行亞麻籽發(fā)酵脫毒實(shí)驗(yàn)和發(fā)酵條件進(jìn)行研究，在發(fā)酵溫度46.8℃，起始pH調(diào)至6.3，發(fā)酵48h后亞麻籽中氰糖苷降解率高達(dá)99.26%，氰根殘留量可降至0.015mg/g。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)酵法能夠顯著降低亞麻籽中氰糖苷的含量，可以作為食用，適用于那些以含氰糖苷類作物為原料，發(fā)酵制備可食性發(fā)酵產(chǎn)物的工藝脫毒，空間較為廣闊。

此外，針對氰糖苷在作物中分布不同和影響其降解的因素等，采取適當(dāng)?shù)念A(yù)處理方法可以顯著提高含氰糖苷作物的脫毒效果，如木薯中亞麻仁苦苷含量主要分布在塊莖的皮層，肉質(zhì)層分布很少，而亞麻仁苦苷酶在肉質(zhì)層分布很多，如對其進(jìn)行剝皮處理，木薯的脫毒效果會更好，以及在脫毒過程中降低木薯粉的堆積厚度、調(diào)節(jié)木薯粉的酸堿度等。Saka[28]采用水浸法對脫皮的木薯和未脫皮的木薯在對含氰糖苷類作物進(jìn)行脫毒的過程中，發(fā)現(xiàn)脫皮的木薯的總氰糖苷去除率為97.9%，氰糖苷含量降低至2.6mg HCN eq/kg，低于FAO/WHO限制要求（10ppm）。由于木薯中的皮中氰糖苷含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于肉中含量，因此剝皮后，木薯中氰糖苷含量較低。Bradbury[29]對木薯粉在脫毒過程中調(diào)節(jié)pH為4.1和6.5，50℃處理5h，發(fā)現(xiàn)pH6.5時(shí)木薯粉能比pH4.1時(shí)的木薯粉脫毒效果更高，而且木薯粉堆積厚度薄的樣品比堆積厚度厚的樣品總氰糖苷的去除率要好等。

2 含氰苷類作物脫毒的檢測方法

2.1 代謝產(chǎn)物氫氰酸的檢測方法

代謝產(chǎn)物氫氰酸主要源于氰糖苷在糖苷酶的作用下釋放出來的，目前常用的檢測方法有硝酸鹽滴定法、氰離子選擇電極法、苦味酸比色法、吡啶巴比妥酸比色法、色譜法、普魯士藍(lán)法及苦味酸試紙法等，其中后兩者適合于對氫氰酸進(jìn)行定性分析，前者適用于定量分析，且各種分析方法的靈敏度不同。如硝酸鹽滴定法是國家標(biāo)準(zhǔn)檢測氫氰酸的方法，且被美國AOAC所推薦，其適用于分析氫氰酸含量在1mg/kg以上的樣品[30]；比色法分析樣品中氫氰酸下限濃度為0.02mg/kg[31]等。李高陽[32]、王曉芳[33]、韓素芳[34]采用異煙酸-吡唑啉酮比色法分別對亞麻籽、木薯和竹筍中氰化物進(jìn)行了定性研究，二者結(jié)果都表明，該方法準(zhǔn)確可靠，重現(xiàn)性較高，實(shí)用性強(qiáng)。Bradbury[35]研究出了一種改進(jìn)后的苦味酸鹽法對木薯中氫氰酸含量進(jìn)行測定，適用于測定氫氰酸濃度在0.1 ～50mg/kg內(nèi)的樣品，該方法很大程度上提高了氫氰酸濃度的測量范圍，但是其在測定過程需要標(biāo)樣，對儀器的靈敏度和試劑的純度有著較高要求。楊劍婷[36]采用普魯士藍(lán)法、苦味酸試紙法、硝酸銀滴定法對白果中氰化物的含量進(jìn)行了對比研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，苦味酸試紙法反應(yīng)最為迅速，顏色變化明顯，且操作簡單，適用于生產(chǎn)和科研中快速定性檢測，而硝酸銀滴定法安全易操作，檢測靈敏度低，穩(wěn)定性差。針對不同檢測方法的上述特點(diǎn)，在實(shí)際檢測工作中，應(yīng)該根據(jù)含氰糖苷作物中氰糖苷的含量和檢測目的選擇一種最佳的檢測方法。

2.2 氰糖苷化合物檢測方法

目前作物中常見的氰苷有亞麻仁苦苷、百脈根苦苷、苦杏仁苦苷及垂盆草苷等。這些糖苷都屬于α-羥基氰的苷，易被稀酸和酶催化水解，生成的苷元α-羥基氰很不穩(wěn)定，分解為醛（酮）和氫氰酸；在濃酸條件下，氰基易被氧化成羧基，釋放氨氣；在堿性條件下，易發(fā)生異構(gòu)化而生成α-羥基羧酸鹽。在實(shí)驗(yàn)室檢測過程中，常常將其轉(zhuǎn)化成氫氰酸，然后測定其脫除率，但是氫氰酸易于揮發(fā)，測定過程中對結(jié)果的影響有著較大的誤差；已有人直接采用高效液相法測定氰糖苷化合物的含量，這是一種更為直觀的方法用于檢測氰糖苷含量，但是在樣品處理時(shí)，應(yīng)該盡量避免在高水分下，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，釋放出自身酶系，使得測量結(jié)果偏低，這是一個(gè)值得注意的問題。Sornyotha[37]采用高效液相色譜法對木薯中亞麻仁苦苷的含量進(jìn)行分離純化、鑒定及定量測定其含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高效液相色譜法快速直接，靈敏度高，測定的亞麻仁苦苷含量比Bradbury等測定的含量偏高，原因是該法不需要酶的參與，不需要考慮亞麻仁苦苷是否水解完全，酶解過程中氫氰酸揮發(fā)，因此高效液相色譜法是測定亞麻仁苦苷含量一種非常好的方法。

3 展望

含氰苷作物的脫毒技術(shù)有很多，每種脫毒技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，比如溶劑法脫毒技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對亞麻籽中的氰糖苷進(jìn)行脫毒，但是脫毒后得考慮殘留溶劑的問題；濕法脫毒技術(shù)脫毒工藝簡單，成本低，脫毒周期時(shí)間長；微波和雙螺桿擠壓膨化脫毒技術(shù)雖然脫毒效率高，但是其屬于熱處理效應(yīng)，熱處理后營養(yǎng)成分損失較多，且糖苷酶易失火，處理后，氰糖苷含量若高于10ppm，食用后仍然存在安全隱患；生物法脫毒效率高，營養(yǎng)損失較小，但是轉(zhuǎn)基因食品存在安全隱患。因此，在以后的工作中，應(yīng)該針對不同原料中氰糖苷含量和科研目標(biāo)等特點(diǎn)，對一種或者多種脫毒技術(shù)進(jìn)行組合，篩選出一種最適合該作物的脫毒技術(shù)和路線，以達(dá)到脫毒效率高、操作簡單、實(shí)用性強(qiáng)、安全性高等特點(diǎn)，這就給我們提供了更高的要求。

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